【摘 要】在现代工业中连续性生产中大量的装卸、搬运、装配等工序。其工作方式具有固定、单一和重复的特点，工业机械手是在实现上述工序的自动化而生产的机械设备。机械手模仿人体胳膊及手臂部分功能，经过控制使其按照设定的要求输送产品，操持各类工具进行生产操作，本文介绍了一种气动机械手、机械手群的设计。
【关键词】机械手 气动 工业生产
一、引言
国家标准GB/T12643�90对机械手的定义：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。机械手在现代工业自动化的发展中占有重要的地位，机械手加速了企业生产方式的变革，机械手是在工业机械化和自动化生产过程中根据需求产生的一种装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线。当前机械手虽然还不如人手那样灵活，但其具有不知疲劳，不怕危险重复工作的能力，机械手得以应用越来越广泛。机械手早期应用于汽车制造工业中，用于焊接、喷漆、上下料和搬运等工序，可替代人在危险、有害、有毒、低温和高热等环境中完成繁重、单调的重复劳动，提高了劳动生产率，保证了产品质量。机械手同数控加工中心，自动搬运车辆，自动检测系统组成柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）和计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System ），实现生产自动化。在工业上机械手分为专用机械手和通用机械手，专用机械手是整机的附属部分，动作较为简单，工作对象固定，具有固定程序，适用于大批量的产品生产，在工业生产中常见的如自动换刀机械手，料机械手，装配机械手和焊接机械手等装置。通用机械手自己具备控制系统、可编程序、动作较为灵活的特点，适用于多样性和中小批量的产品生产，具有工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
二、气动机械手概述
（一）气动技术简介
气动传动与控制技术被形象的称为工业自动化之肌肉，在加工制造业领域获得重视。近几十年来随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的发展，气动技术也得以大力发展。气动技术（Pneumatics）是以压缩空气来传动和控制机械的一门专业技术。气动技术具有能耗小、无污染、效率高、成本低、可靠性高、结构简单。具有环境适应能力强，防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点。气动技术向精确、高速、小型、复合和集成的方向发展[1]。
（二）气动机械手概述
在工业机械手使用中最多的驱动方式是电机驱动。驱动电机常用步进电机、直流伺服电机以和交流伺服电机，由于电机速度高，采用减速机构包括谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等。电机驱动机械手的特点是控制精度高，驱动力大，响应快，信号检测、传递、处理方便，采用灵活控制方式。电动机械手成本高，限制了使用范围，气动机械手成本性能比低，在满足社会生产实践需要的同时也越来越多的受到重视。气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。
气动机械手在机械手基础上发展起来，气动机械手由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分等方面组成。采集感知信号及控制信号由智能阀岛来完成，气动伺服定位系统代替了伺服电机、步进马达或液压伺服系统，气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作，主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。根据需求情况，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，代表气动机械手今后的发展方向，气动机械手代替一些功能不理想的工业机械手的地位[2]。
（三）某型机械手结构设计
1、气动搬运机械手的结构
机械手按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。
当系统工作开始时，产品在工作台A时，机械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作台B上，机械手2便启动工作，完成一个循环后，把物品放在工作台C上，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。当系统工作开始时，机械手1首先工作，完成基本操作后，机械手2便启动工作，同样完成一个循环后，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。每个机械手的完成基本操作，当工作台上有产品时，机械手下降，机械手在最低位抓紧物品，机械手夹紧物品上升，机械手夹紧物品右旋180度，夹紧物品下降，在最低位时松开物品，机械手上升，机械手左旋一百八十度，回到原位。为了实现对气动搬运机械手群的自动控制，本系统采用PLC做控制器。本系统的输入开关量为数字信号，直接连接PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。系统框图如图4所示[3]。
（三）机械手群电气控制原理
机械手1下降电磁阀连接KA1，机械手1夹放电磁阀连接KA2，机械手1上升电磁阀连接KA3，机械手1左旋电磁阀连接KA4，机械手1右旋电磁阀连接KA5，机械手2下降电磁阀连接KA 6，机械手2夹放电磁阀连接KA7，机械手2上升电磁阀连接KA8，机械手2左旋电磁阀连接KA9，机械手2右旋电磁阀连接KA10，机械手3下降电磁阀连接KA 11；机械手3夹放电磁阀连接KA12，机械手3上升电磁阀连接KA13，机械手3左旋电磁阀连接KA14，机械手3右旋电磁阀连接KA15。电气连接图如图5所示。
三、小结
当前各国对机械手开发应用不断发展，它减轻了人繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产，提高了生产效率，稳定了产品质量，降低了废品率，从而大大降低生产成本，增强企业的核心竞争力。结构模块化，控制智能化，感觉功能变强，系统应用与集成化，微型化气动机械手是当前发展的方向。
参考文献：
[1] 成大先.机械设计手册（气压传动） [M] .北京：化学工业出版社，2004：89-118
[2] 吴爱萍.PLC控制的设计技巧[J].工业控制计算机，2003（2）：61-62.
[3] 王雄耀.近代气动机器人（气动机械手）的发展及应用[J].液压气动与密封，1999，（5）：13-16
作者简介：
朱治国（1981.5-），男，山西长治，工程师，大学本科，专业方向：机电控制。
【摘 要】在现代工业中连续性生产中大量的装卸、搬运、装配等工序。其工作方式具有固定、单一和重复的特点，工业机械手是在实现上述工序的自动化而生产的机械设备。机械手模仿人体胳膊及手臂部分功能，经过控制使其按照设定的要求输送产品，操持各类工具进行生产操作，本文介绍了一种气动机械手、机械手群的设计。
【关键词】机械手 气动 工业生产
一、引言
国家标准GB/T12643�90对机械手的定义：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。机械手在现代工业自动化的发展中占有重要的地位，机械手加速了企业生产方式的变革，机械手是在工业机械化和自动化生产过程中根据需求产生的一种装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线。当前机械手虽然还不如人手那样灵活，但其具有不知疲劳，不怕危险重复工作的能力，机械手得以应用越来越广泛。机械手早期应用于汽车制造工业中，用于焊接、喷漆、上下料和搬运等工序，可替代人在危险、有害、有毒、低温和高热等环境中完成繁重、单调的重复劳动，提高了劳动生产率，保证了产品质量。机械手同数控加工中心，自动搬运车辆，自动检测系统组成柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）和计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System ），实现生产自动化。在工业上机械手分为专用机械手和通用机械手，专用机械手是整机的附属部分，动作较为简单，工作对象固定，具有固定程序，适用于大批量的产品生产，在工业生产中常见的如自动换刀机械手，料机械手，装配机械手和焊接机械手等装置。通用机械手自己具备控制系统、可编程序、动作较为灵活的特点，适用于多样性和中小批量的产品生产，具有工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
二、气动机械手概述
（一）气动技术简介
气动传动与控制技术被形象的称为工业自动化之肌肉，在加工制造业领域获得重视。近几十年来随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的发展，气动技术也得以大力发展。气动技术（Pneumatics）是以压缩空气来传动和控制机械的一门专业技术。气动技术具有能耗小、无污染、效率高、成本低、可靠性高、结构简单。具有环境适应能力强，防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点。气动技术向精确、高速、小型、复合和集成的方向发展[1]。
（二）气动机械手概述
在工业机械手使用中最多的驱动方式是电机驱动。驱动电机常用步进电机、直流伺服电机以和交流伺服电机，由于电机速度高，采用减速机构包括谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等。电机驱动机械手的特点是控制精度高，驱动力大，响应快，信号检测、传递、处理方便，采用灵活控制方式。电动机械手成本高，限制了使用范围，气动机械手成本性能比低，在满足社会生产实践需要的同时也越来越多的受到重视。气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。
气动机械手在机械手基础上发展起来，气动机械手由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分等方面组成。采集感知信号及控制信号由智能阀岛来完成，气动伺服定位系统代替了伺服电机、步进马达或液压伺服系统，气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作，主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。根据需求情况，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，代表气动机械手今后的发展方向，气动机械手代替一些功能不理想的工业机械手的地位[2]。
（三）某型机械手结构设计
1、气动搬运机械手的结构
机械手按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。
当系统工作开始时，产品在工作台A时，机械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作台B上，机械手2便启动工作，完成一个循环后，把物品放在工作台C上，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。当系统工作开始时，机械手1首先工作，完成基本操作后，机械手2便启动工作，同样完成一个循环后，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。每个机械手的完成基本操作，当工作台上有产品时，机械手下降，机械手在最低位抓紧物品，机械手夹紧物品上升，机械手夹紧物品右旋180度，夹紧物品下降，在最低位时松开物品，机械手上升，机械手左旋一百八十度，回到原位。为了实现对气动搬运机械手群的自动控制，本系统采用PLC做控制器。本系统的输入开关量为数字信号，直接连接PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。系统框图如图4所示[3]。
（三）机械手群电气控制原理
机械手1下降电磁阀连接KA1，机械手1夹放电磁阀连接KA2，机械手1上升电磁阀连接KA3，机械手1左旋电磁阀连接KA4，机械手1右旋电磁阀连接KA5，机械手2下降电磁阀连接KA 6，机械手2夹放电磁阀连接KA7，机械手2上升电磁阀连接KA8，机械手2左旋电磁阀连接KA9，机械手2右旋电磁阀连接KA10，机械手3下降电磁阀连接KA 11；机械手3夹放电磁阀连接KA12，机械手3上升电磁阀连接KA13，机械手3左旋电磁阀连接KA14，机械手3右旋电磁阀连接KA15。电气连接图如图5所示。
三、小结
当前各国对机械手开发应用不断发展，它减轻了人繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产，提高了生产效率，稳定了产品质量，降低了废品率，从而大大降低生产成本，增强企业的核心竞争力。结构模块化，控制智能化，感觉功能变强，系统应用与集成化，微型化气动机械手是当前发展的方向。
参考文献：
[1] 成大先.机械设计手册（气压传动） [M] .北京：化学工业出版社，2004：89-118
[2] 吴爱萍.PLC控制的设计技巧[J].工业控制计算机，2003（2）：61-62.
[3] 王雄耀.近代气动机器人（气动机械手）的发展及应用[J].液压气动与密封，1999，（5）：13-16
作者简介：
朱治国（1981.5-），男，山西长治，工程师，大学本科，专业方向：机电控制。